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Voir la schizophrénie: les rayons X éclairent les différences neuronales, indiquent un traitement

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La schizophrénie, un trouble cérébral neurologique chronique, affecte des millions de personnes dans le monde. Cela provoque une fracture entre les pensées, les sentiments et le comportement d'une personne. Les symptômes comprennent des idées délirantes, des hallucinations, une difficulté à traiter les pensées et un manque général de motivation. Les patients schizophrènes ont un taux de suicide plus élevé et plus de problèmes de santé que la population générale et une espérance de vie plus faible.

Il n'y a pas de remède contre la schizophrénie, mais la clé pour la traiter plus efficacement est de mieux comprendre comment elle survient. Et cela, selon Ryuta Mizutani, professeur de biochimie appliquée à l'Université de Tokai au Japon, signifie étudier la structure du tissu cérébral. Concrètement, cela signifie comparer les tissus cérébraux des patients schizophrènes avec ceux des personnes en bonne santé mentale, pour voir les différences le plus clairement possible.

«Il n'y a que quelques endroits dans le monde où vous pouvez faire cette recherche. Sans l'analyse 3D des tissus cérébraux, ce travail ne serait pas possible. - Ryuta Mizutani, professeur, Université Tokai

«Le traitement actuel de la schizophrénie est basé sur de nombreuses hypothèses que nous ne savons pas comment confirmer», a déclaré Mizutani. «La première étape consiste à analyser le cerveau et à voir comment il est constitué différemment.»

Pour ce faire, Mizutani et ses collègues de plusieurs institutions internationales ont collecté huit petits échantillons de tissu cérébral - quatre sur des cerveaux sains et quatre sur ceux de patients schizophrènes, tous prélevés post-mortem - et les ont amenés à la ligne de lumière 32-ID du photon avancé. Source (APS), une installation utilisateur du Bureau de la science du Département américain de l'énergie (DOE) au Laboratoire national d'Argonne du DOE.

À l'APS, l'équipe a utilisé de puissants rayons X et des optiques haute résolution pour capturer des images en trois dimensions de ces tissus. (Les chercheurs ont collecté des images similaires à l'installation de source lumineuse Super Photon Ring 8-GeV [SPring-8] au Japon.) La résolution de l'optique à rayons X utilisée à l'APS peut atteindre 10 nanomètres. C'est environ 700 fois plus petit que la largeur moyenne d'un globule rouge, et il y a cinq millions de ces cellules dans une goutte de sang.

«Il n'y a que quelques endroits dans le monde où vous pouvez faire cette recherche», a déclaré Mizutani. «Sans l'analyse 3D des tissus cérébraux, ce travail ne serait pas possible.»

Selon Vincent De Andrade, physicien à la division X-Ray Science d'Argonne, capturer des images à haute résolution présente un défi, car les neurones imagés peuvent mesurer des centimètres de long. Le neurone est l'unité de travail de base du cerveau, une cellule du système nerveux qui transmet des informations à d'autres cellules pour contrôler les fonctions du corps. Le cerveau humain possède environ 100 milliards de ces neurones, de différentes tailles et formes.

«L'échantillon doit se déplacer à travers le faisceau de rayons X pour tracer les neurones à travers l'échantillon», a expliqué De Andrade. «Le champ de vision de notre microscope à rayons X est d'environ 50 microns, soit environ la largeur d'un cheveu humain, et vous devez suivre ces neurones sur plusieurs millimètres.»

Ce que ces images ont montré, c'est que les structures de ces neurones sont uniquement différentes chez chaque patient schizophrène, ce qui, selon Mizutani, est la preuve que la maladie est associée à ces structures. Les images de neurones sains étaient relativement similaires, tandis que les neurones de patients schizophrènes présentaient une déviation beaucoup plus importante, à la fois par rapport aux cerveaux sains et entre eux.

Des études supplémentaires sont nécessaires, a déclaré Mizutani, pour déterminer exactement comment les structures des neurones sont liées à l'apparition de la maladie et pour concevoir un traitement pouvant atténuer les effets de la schizophrénie. Alors que la technologie des rayons X continue de s'améliorer - l'APS, par exemple, devrait subir une mise à niveau massive qui augmentera sa luminosité jusqu'à 500 fois - il en sera de même pour les neuroscientifiques.

«La mise à niveau de l'APS permettra une meilleure sensibilité et résolution pour l'imagerie, rendant le processus de cartographie des neurones dans le cerveau plus rapide et plus précis», a déclaré De Andrade. «Nous aurions besoin de résolutions supérieures à 10 nanomètres pour capturer les connexions synaptiques, ce qui est le Saint Graal pour une cartographie complète des neurones, et celles-ci devraient être réalisables avec la mise à niveau.»

De Andrade a également noté que si la microscopie électronique a été utilisée pour cartographier le cerveau de petits animaux - les mouches des fruits, par exemple - cette technique prendrait beaucoup de temps pour imager le cerveau d'un animal plus grand, comme une souris, sans parler d'un plein cerveau humain. Les rayons X ultra-lumineux et à haute énergie comme ceux de l'APS, a-t-il dit, pourraient accélérer le processus, et les progrès technologiques aideront les scientifiques à obtenir une image plus complète du tissu cérébral.

Pour les neuroscientifiques comme Mizutani, l'objectif final est de réduire le nombre de personnes souffrant de maladies cérébrales comme la schizophrénie.

«Les différences de structure cérébrale entre les personnes saines et schizophrènes doivent être liées aux troubles mentaux», a-t-il déclaré. «Nous devons trouver un moyen de rendre les gens en bonne santé.»

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Mizutani et son équipe ont rendu compte de leurs résultats en Psychiatrie translationnelle.

À propos de la source de photons avancée

La source avancée de photons (APS) du département américain de l'énergie du laboratoire national d'Argonne est l'une des installations de sources de rayons X les plus productives au monde. L'APS fournit des faisceaux de rayons X à haute luminosité à une communauté diversifiée de chercheurs en science des matériaux, chimie, physique de la matière condensée, sciences de la vie et de l'environnement et recherche appliquée. Ces rayons X conviennent parfaitement à l'exploration de matériaux et de structures biologiques; distribution élémentaire; états chimiques, magnétiques, électroniques; et une large gamme de systèmes d'ingénierie technologiquement importants, des batteries aux pulvérisateurs d'injecteurs de carburant, qui sont tous les fondements du bien-être économique, technologique et physique de notre pays. Chaque année, plus de 5,000 2,000 chercheurs utilisent l'APS pour produire plus de XNUMX XNUMX publications détaillant des découvertes percutantes et résoudre des structures de protéines biologiques plus vitales que les utilisateurs de tout autre centre de recherche sur les sources de rayons X. Les scientifiques et ingénieurs APS innovent une technologie qui est au cœur de la progression des opérations d'accélérateurs et de sources lumineuses. Cela comprend les dispositifs d'insertion qui produisent des rayons X d'une luminosité extrême prisés par les chercheurs, des lentilles qui focalisent les rayons X jusqu'à quelques nanomètres, une instrumentation qui maximise la façon dont les rayons X interagissent avec les échantillons étudiés, et un logiciel qui rassemble et gère l'énorme quantité de données résultant de la recherche de découverte à l'APS.

Cette recherche a utilisé les ressources de l'Advanced Photon Source, un US DOE Office of Science User Facility exploité pour le DOE Office of Science par Argonne National Laboratory sous le contrat n ° DE-AC02-06CH11357.

Argonne National Laboratory cherche des solutions aux problèmes nationaux urgents en science et technologie. Premier laboratoire national du pays, Argonne mène des recherches scientifiques fondamentales et appliquées de pointe dans pratiquement toutes les disciplines scientifiques. Les chercheurs d'Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d'entreprises, d'universités et d'agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser le leadership scientifique américain et préparer la nation à un avenir meilleur. Avec des employés de plus de 60 pays, Argonne est géré par UChicago Argonne, LLC pour le bureau des sciences du département américain de l'Énergie.

Office of Science du Département américain de l'énergie est le plus grand partisan de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s'efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d'informations, visitez https: //énergie.gov /science.

https: //www.et.gov /article /voir-la schizophrénie-radiographies-éclairer-les-différences-neurales-point-vers-le traitement

Source : https://bioengineer.org/seeing-schizophrenia-x-rays-shed-light-on-neural-differences-point-toward-treatment/

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